[0001] Die Erfindung betrifft ein durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement,
bestehend aus einem Halbleiterkörper mit
- mindestens einem Draingebiet vom ersten Leitungstyp,
- mindestens einem Sourcegebiet vom ersten Leitungstyp,
- mindestens einem Bodygebiet vom zweiten Leitungstyp, welches die Draingebiete und
die Sourcegebiete voneinander trennt,
- mindestens einer Gateelektrode, wobei diese gegenüber dem gesamten Halbleiterkörper
durch ein Gateoxid isoliert ist.
[0002] Derartige durch Feldeffekt steuerbare Halbleiterbauelemente sind zum Beispiel MOS-Feldeffekttransistoren
(MOSFETs). Diese MOSFETs sind seit langem bekannt und zum Beispiel im Siemens-Datenbuch
1993/94 SIPMOS-Halbleiter, Leistungstransistoren und Dioden, Seiten 29ff beschrieben.
Figur 4 auf Seite 30 dieses Datenbuchs zeigt den prinzipiellen Aufbau eines derartigen
Leistungstransistors. Der dort gezeigte Transistor stellt einen vertikalen n-Kanal-SIPMOS-Transistor
dar. Bei einem derartigen Transistor dient das n
+-Substrat als Träger mit der darunterliegenden Drainmetallisierung. Über dem n
+-Substrat schließt sich eine n
--Epitaxieschicht an, die je nach Sperrspannung verschieden dick und entsprechend dotiert
ist. Das darüberliegende Gate aus n
+-Polysilizium ist in isolierendes Siliziumdioxid eingebettet und dient als Implantationsmaske
für die p-Wanne und für die n
+-Sourcezone. Die Sourcemetallisierung überdeckt die gesamte Struktur und schaltet
die einzelnen Transistorzellen des Chips parallel. Weitere Einzelheiten dieses vertikal
aufgebauten Leistungstransistors sind den Seiten 30ff des obigen Datenbuchs zu entnehmen.
[0003] Nachteil einer derartigen Anordnung ist, daß der Durchlaßwiderstand R
ON der Drain-Source-Laststrecke mit zunehmender Spannungsfestigkeit des Halbleiterbauelementes
zunimmt, da die Dicke der Epitaxieschicht zunehmen muß. Bei 50 V liegt der flächenbezogene
Durchlaßwiderstand R
ON bei ungefähr 0,20 Ω mm
2 und steigt bei einer Sperrspannung von 1000 V beispielsweise auf einen Wert von ca.
10 Ω mm
2 an.
[0004] Allgemein wird zwischen lateralen und vertikalen MOSFETs unterschieden. Im Gegensatz
zu lateralen MOSFETs weisen vertikale MOSFETs eine im wesentlichen vertikale Stromflußrichtung
auf. Das bedeutet der Strom fliest von der Scheibenvorderseite zur Scheibenrückseite.
Bei gattungsgemäßen vertikalen MOSFETs befinden sich die Source- und Gateanschlüsse
an der Scheibenvorderseite, während der Drainanschluß über die Scheibenrückseite kontaktiert
wird.
[0005] Vertikale MOSFETs haben gegenüber lateralen MOSFETs den Vorteil, daß sie sich platzsparend
auf dem Halbleiterchip integrieren lassen, wodurch sich die Bauelemente kostengünstig
fertigen lassen. Des weiteren weisen Vertikaltransistoren im Vergleich zu lateralen
Strukturen bei gleichen prozeßtechnischen Randbedingungen bzw. gleichen Zellenkonzepten
einen um ca. 50 % geringeren Einschaltwiderstand R
ON auf. Das bedeutet, daß bei gleichem Einschaltwiderstand die Chipfläche bei Vertikaltransistoren
nur ca. halb so groß ist. Die Scheibenkosten für einen intelligenten Vertikaltransistor
liegen bei ca. 80 % derjenigen eines entsprechenden Lateraltransistors, wie z.B. bei
einem Updrain-Transistor.
[0006] Die heute verwendeten Prozesse für Vertikaltransistoren erlauben die Realisierung
von Mehrkanal-High-Side-Schaltern. Bei diesen High-Side-Schaltern ist der Drainanschluß
an der Chiprückseite. Die Realisierung von monolithisch integrierten Mehrkanal-Low-Side-Schaltern
ist heute nur mit lateralen oder Updrain-Strukturen möglich.
[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein durch Feldeffekt steuerbares, vertikales
Halbleiterbauelement anzugeben, welches die aufgezeigten Nachteile nicht aufweist.
[0008] Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Hier ist
ein durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement angegeben, dessen
Sourceanschluß sich an der Scheibenrückseite befindet und dessen Gate- und Drainanschlüsse
sich an der Scheibenvorderseite befinden.
[0009] Die Erfindung weist insbesondere den Vorteil auf, daß der Sourcekontakt auf der Scheibenrückseite
ohne Isolierschicht direkt auf ein Gerätegehäuse befestigt werden kann. Der spezifische
Wärmewiderstand ist dadurch geringer, was zu einer verbesserten Wärmeabführung über
die Scheibenrückseite führt.
[0010] In einer Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 sind Trenches vorgesehen, in denen
sich die Gateelektroden und das Gateoxid befinden. Die Anordnung der Gateelektroden
in vertikalen Trenches ermöglichst einerseits eine weitere Platzersparnis der vertikalen
MOSFETs. Andererseits lassen sich vorteilhafterweise MOSFETs mit hohen Durchbruchsspannungen
bei gleichzeitig niedrigem Einschaltwiderstand R
on realisieren.
[0011] Die Ausgestaltung der Gateelektrode bzw. des Gateoxides ist Gegenstand der Patentansprüche
3 bis 5. Als Material für die Gateelektrode wird vorzugsweise dotiertes Polysilizium
verwendet, da es prozeßtechnisch einfach handhabbar ist und eine gute Leitfähigkeit
aufweist. Das Gateoxid ist vorzugsweise thermisch hergestelltes Siliziumdioxid, das
qualitativ hochwertig und prozeßtechnisch einfach handhabbar ist. Das Gateoxid ist
im Bereich des Draindriftgebietes wesentlich dicker als im Bereich des Bodygebietes
und des Sourcegebietes. Dadurch werden die Sperreigenschaften der erfindungsgemäßen
MOSFETs zusätzlich verbessert.
[0012] In einer Weiterbildung gemäß Patentansprüche 6 und 7 sind in den Draingebieten eingebettete
ionenimplantierte Kontaktregionen vorgesehen. Diese Kontaktregionen weisen eine sehr
hohe Dotierungskonzentration auf. Dadurch wird ein ohmscher Kontakt zwischen Kontaktregionen
und Drainanschlüssen gewährleistet. Durch Ionenimplantation läßt sich vorteilhafterweise
die exakte Dotierungsdosis bestimmen und damit eine definierte Dotierungskonzentration
der Kontaktregion erzeugen.
[0013] In einer Weiterbildung gemäß Patentanspruch 8 werden zur Vermeidung von Latcheffekten
die Bodygebiete niederohmig an das Sourcegebiet angeschlossen. Die Ausgestaltung dieser
niederohmigen Body-Sourceverbindung ist Gegenstand der Patentansprüche 9 bis 11.
[0014] In einer Weiterbildung gemäß Patentanspruch 12 läßt sich aus einem erfindungsgemäßen
Low-Side-MOSFET und einem High-Side-MOSFET der bekannten Art eine monolithisch integrierte
Halbbrücke realisieren.
[0015] Die Patentansprüche 13 und 14 sind auf ein bevorzugtes Herstellungsverfahren des
erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements gerichtet.
[0016] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind. Es zeigt:
- Figur 1
- einen Teilschnitt eines erfindungsgemäßen vertikalen MOSFET mit dem Sourceanschluß
an der Scheibenrückseite;
- Figur 2
- einen erfindungsgemäßen vertikalen MOSFET entsprechend Figur 1, mit einer anderen
Ausgestaltung des Gateoxids bzw. der Kontaktregionen im Draingebiet;
- Figur 3a und 3b
- verschiedene niederohmige Body-Source-Verbindungen zur Vermeidung von Latch-Effekten;
- Figur 4
- eine Realisierungsmöglichkeit einer monolithisch integrierten Halbbrücke durch die
Kombination eines erfindungsgemäßen Low-Side-MOSFET der beschriebenen Art mit einem
High-Side-MOSFET der bekannten Art.
[0017] Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, vertikalen
MOSFET. Ein Halbleiterkörper 1, beispielsweise eine Siliziumscheibe, ist n
+-dotiert. Dieser n
+-dotierte Bereich des Halbleiterkörpers 1 bildet gleichzeitig das Sourcegebiet 3 des
MOSFET. An der Scheibenrückseite 10 ist das Sourcegebiet 3 großflächig über eine übliche
Metallisierung kontaktiert. Diese Metallisierung bildet den Sourceanschluß S. An der
Scheibenvorderseite 9 sind nacheinander auf dem Sourcegebiet 3 eine dünne p-dotierte
Schicht durch Implantation und anschließender Ausdiffusion der Dotieratome aus dem
Halbleiterkörper 1 (DMOS-Prinzip) und eine n-dotierte Schicht durch epitaktische Abscheidung
aufgebracht. Die p-dotierte Schicht wird im folgenden als Bodygebiet 4, die n-dotierte
Schicht als Draingebiet 2 bezeichnet. Die n-dotierten Draingebiete 2 weisen an der
Scheibenoberfläche eingebettete n
+-dotierte Bereiche auf. Diese Bereiche werden im folgenden als Kontaktregionen 2'
bezeichnet. Die Kontaktregionen 2' weisen eine sehr hohe Dotierungskonzentration auf,
damit ein ohmscher Kontakt zwischen Halbleiter und Metallisierung gewährleistet ist.
Die Kontaktregionen 2' werden üblicherweise durch Ionenimplantation in den Halbleiterkörper
1 eingebracht. Dadurch läßt sich eine exakte Dotierungsdosis in den Halbleiter einbringen
und somit die gewünschte Dotierungskonzentration in den Kontaktregionen 2' einstellen.
[0018] An der Scheibenvorderseite 9 sind Trenches 6 in den Halbleiterkörper 1 geätzt. Die
Trenches 6 erstrecken sich von der Scheibenoberfläche über die Draingebiete 2 und
Bodygebiete 4 bis in das Sourcegebiet 3 hinein. Der Querschnitt der Trenches 6 kann
rund, rechteckig oder streifenförmig, d.h. beliebig sein. Die Trenches 6 enthalten
die Gateelektroden 5. Die Gateelektroden 5 sind durch ein dünnes Gateoxid 7 vom Halbleiterkörper
1 isoliert. Als Gateoxid wird bevorzugt thermisch aufgewachsenes Siliziumdioxid verwendet.
[0019] Die Form der Trenches 6 kann selbstverständlich je nach Anforderung verschieden ausgestaltet
sein. Von besonderem Vorteil ist es, den Scheitelstrich bzw. den Umkehrpunkt der Trenches
6 eher U-förmig auszubilden. Eine andere Möglichkeit ist es, die Trenches 6 V-förmig
zu realisieren.
[0020] An der Scheibenvorderseite 9 sind die Kontaktregionen 2' über eine übliche Metallisierung,
beispielsweise Aluminium kontaktiert. Die Gesamtheit der Drainmetallisierungen ist
kurzgeschlossen und ist mit dem Drainanschluß D verbunden. Durch das Kurzschließen
kann die steuerbare Leistung der MOSFETs erhöht werden. Als Gateelektroden 5 wird
wegen seiner einfachen prozeßtechnischen Handhabbarkeit und guten Leitfähigkeit bevorzugt
n
+-dotiertes Polysilizium verwendet. Alternativ kann als Material für die Gateelektroden
5 auch ein Metallsilizid verwendet werden. Die Gateelektroden 5 sind mit den Gateanschlüssen
G verbunden. Die Drainmetallisierung ist über ein Feldoxid 8 gegenüber den Gateelektroden
5 bzw. den übrigen Oberflächen des Halbleiterkörpers isoliert. Als Feldoxid 8 wird
wegen seiner Planarisierungs- und Getterfähigkeit bevorzugt Borphosphorsilikatglas
(BPSG) verwendet.
[0021] Figur 2 zeigt die erfindungsgemäßen vertikalen MOSFETs entsprechend Figur 1, die
zusätzlich eine andere Ausgestaltung des Gateoxids bzw. der Kontaktregionen im Draingebiet
aufweist. Gleiche Elemente sind entsprechend Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
[0022] Die Kontaktregionen 2' sind nicht strukturiert in die Halbleiteroberfläche eingebracht,
sondern grenzen unmittelbar an die Trenchgräben 6 an. Dies erlaubt einerseits deutlich
geringere Abstände der Trenches 6 zueinander und damit eine größere Kanalbreite pro
Flächeneinheit. Andererseits erfordert dies aber im Drainbereich 2 ein entsprechend
dickeres Gateoxid 7. In Figur 2 ist deutlich zu erkennen, daß das Gateoxid 7 im Bereich
des Sourcegebietes 3 und des Bodygebietes 4 wesentlich dünner ausgestaltet ist als
im Bereich des Draingebietes 2.
[0023] Die Herstellung der unterschiedlichen Oxiddicken im Trenchgraben 6 kann wie folgt
hergestellt werden. Der Halbleiterkörper 1 wird mit Siliziumdioxid strukturiert und
Trenches 6 werden anisotrop geätzt. Siliziumdioxid wird in die Trenches 6 abgeschieden,
wobei das Siliziumdioxid am Boden der Trenches 6 anisotrop rückgeätzt wird. Daraufhin
werden die Trenches 6 bis zur endgültigen Tiefe anisotrop geätzt. Ein dünnes Siliziumdioxid-Gateoxid
7 wird durch thermische Oxidation aufgebracht
[0024] Nachfolgend wird die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Anordnung entsprechend
Figuren 1 und 2 näher erläutert.
[0025] Wird im Ausführungsbeispiel von Figur 1 oder 2 eine positive Spannung an die Gateelektroden
5 angelegt, dann bildet sich in dem p-dotierten Bodygebiet 4 in unmittelbarer Nähe
der Gateelektroden 5 ein n-Kanal aus. Dieser Kanal ist je nach angelegter Gatespannung
mehr oder weniger n-leitend. Wird der Drainanschluß auf positives Potential gelegt,
dann fließt ein Strom vom Sourcegebiet 3 über den sich ausgebildeten n-Kanal zu den
Draingebieten 2. Die Dicke des Bodygebietes 4 ist dabei ein Maß für die Kanalweite
der MOSFETs. Die Dicke der Draingebiete 2 entspricht etwa der Driftstrecke der Leistungs-MOSFETs
und ist damit ein Maß für die Spannungsfestigkeit. Die Ausdehnung und die Dotierungskonzentration
des Bodygebietes 4 kann beispielsweise bei der Epitaxie oder Diffusion durch die Wahl
geeigneter Prozeßparameter so gestaltet werden, daß die Einsatzspannung und die Kanallänge
der MOSFETs genau eingestellbar ist. Wichtig dabei ist, daß die Sourcezone 3, die
im wesentlichen aus dem Halbleiterkörper 1 gebildet wird, ausreichend hoch dotiert
ist, um eine niederohmige Verbindung zur Scheibenrückseite 10 zu gewährleisten.
[0026] Neben den erwähnten Kostenvorteilen durch Einsparung von Chipfläche weisen die erfindungsgemäßen
Halbleiterbauelemente noch folgende Vorzüge auf: Die n-Driftstrecke 2 wird im Gegensatz
zu herkömmlichen vertikalen High-Side-Trench-MOSFETs im Sperrfall zusätzlich neben
dem p-Bodygebiet 4 auch noch seitlich von den Gateelektroden 5 ausgeräumt. Das bedeutet,
die Driftstrecke im Draingebiet 2 kann höher dotiert werden, was zu einer Reduzierung
des Einschaltwiderstandes R
ON führt.
[0027] Weiterhin ist vorteilhaft, daß zwischen den Gateelektroden 5 und dem Sourcegebiet
3, also im bezüglich Gateoxid-Qualität kritischen Bereich am Boden der Trenchgräben
6, nur die Gatespannung abfällt. Querströme, die bei BCD-Prozessen beim Treiben von
induktiven Lasten auftreten und bei Strömen von etwa > 4 Ampère zum Ausfallen der
Schaltung führen können, treten bei erfindungsgemäßen Bauelementen nicht auf, da im
Querstromfall keine Minoritätsladungsträger in das Substrat injiziert werden.
[0028] Um Latch-Effekte zu vermeiden, muß das Bodygebiet 4 niederohmig an das Sourcegebiet
3 angeschlossen sein. Die Figuren 3a und 3b zeigen beispielhaft zwei Möglichkeiten,
diesen niederohmigen Anschluß zu realisieren.
[0029] Bei der Struktur nach Figur 3a wird das Bodygebiet 4 über einen p
+-dotierten ersten Anschlußbereich 11 mit der Oberfläche der Scheibenvorderseite 9
verbunden. Das Sourcegebiet 3 ist über einen n
+-dotierten zweiten Anschlußbereich 12 ebenfalls mit der Oberfläche verbunden. Diese
n
+- und p
+-dotierten Anschlußbereiche 11, 12 sind über eine überlappende Anschlußmetallisierung
13 miteinander kurzgeschlossen.
[0030] Eine weitere Möglichkeit (ohne Figur) besteht darin den ersten Anschlußbereich 11
über einen Bondkontaktdraht mit dem Sourceanschluß D an der Scheibenrückseite 10 kurzzuschließen.
[0031] Eine weitere Möglichkeit ist in Figur 3b dargestellt. Zwischen Bodygebiet 4 und Sourcegebiet
3 ist ein weiterer Trench 14 vorgesehen, der mit leitfähigen Material, beispielsweise
einem Silizid, aufgefüllt ist. Dieser weitere Trench 14 bildet einen direkten Kurzschluß
zwischen Bodygebiet 4 und Sourcegebiet 3. Bei dieser Ausführungsform wird im Gegensatz
zu den vorhergehenden Ausführungformen vorteilhafterweise kein zusätzlicher Platzbedarf
benötigt.
[0032] Figur 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements
entsprechend Figur 1. Gleiche Elemente sind entsprechend Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
[0033] Durch die Kombination eines Low-Side-MOSFET der beschriebenen Art mit einem High-Side-MOSFET
der bekannten Art ist die Realisierung einer monolithisch integrierten Halbbrücke
möglich. Solche Brückenschaltungen finden Anwendung allgemein bei Motoren mit hoher
Leistungsaufnahme insbesondere in der Automobilelektronik. Figur 4 zeigt den Teilschnitt
einer solchen Halbbrücke bestehend aus zwei selbstsperrenden n-Kanal-MOSFETs T1, T2
mit dem dazugehörigen Schaltbild. Im folgenden geben die Indizes den Bezug zu den
entsprechenden Transistoren T1 und T2 an.
[0034] Der linke Teil von Figur 4 zeigt einen erfindungsgemäßen vertikalen MOSFET T2 entsprechend
Figur 1. Der rechte Teil des Teilschnittes von Figur 4 zeigt einen vertikalen MOSFET
T1 der bekannten Art. Die n
+-dotierte Sourcezone 3 des MOSFET T2 bildet gleichermaßen die Drainzone 19 des MOSFET
T1. An die Drainzone 19 schließt sich ein n-dotierter Bereich an. Dieser Bereich wird
im folgenden als Driftbereich 15 bezeichnet und bildet die Driftstrecke des Draingebietes
des MOSFET T1. In den Driftbereich 15 ist ein p-dotiertes Gebiet eingebettet. Dieses
Gebiet bildet die Kanalzone 16 des MOSFET T1. In die Kanalzone 16 wiederum ist ein
n
+-dotiertes Gebiet eingebettet. Dieses n
+-dotierte Gebiet bildet die Sourcezone 17 des MOSFET T1. Die Kanalzone 16 und /oder
die Sourcezone 17 werden bevorzugt durch Ionenimplantation in den Halbleiter eingebracht.
Die Sourcezone 17 ist über eine Metallisierung mit dem Sourceanschluß S
T1 verbunden. Weiterhin sind für den MOSFET T1 Gateelektroden 18 vorgesehen, die mit
den Gateanschluß G
T1 verbunden sind. Die Gateelektroden 18 sind über ein Feldoxid 8 von der Sourcemetallisierung
isoliert. Die Gateelektroden 18 befinden sich an der Scheibenoberfläche 9 in dem Bereich,
in dem die Kanalzone 16 an die Oberfläche angrenzt. Des weiteren reicht die Gateelektrode
18 zum Teil in den Bereich über der Sourcezone 17 und den Driftbereich 15 hinein.
Die Gateelektroden 18 sind jeweils durch ein dünnes Gateoxid vom Driftbereich 15,
von der Kanalzone 16 und vom Sourcegebiet 17 isoliert.
[0035] Die beiden MOSFET T1 und T2 bilden entsprechend Figur 4 eine monolithisch integrierte
Halbbrücke, deren Schaltbild ebenfalls in Figur 4 dargestellt ist.
[0036] Die Gateansteuerungen der beiden Transistoren T1, T2 können, müssen aber nicht notwendigerweise,
kurzgeschlossen sein. Im vorliegenden Beispiel werden die Gateanschlüsse G
T1, G
T2 getrennt angesteuert. Der Sourceanschluß des ersten Transistors S
T1 ist mit dem Massepotential verbunden. Der Drainanschluß des ersten Transistors D
T1 entspricht dem Sourceanschluß des zweiten Transistors S
T2. Der Drainanschluß des zweiten Transistors D
T2 ist mit der Versorgungsspannung V
bb verbunden.
[0037] In einer weiteren Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich im n-dotierten
Epitaxiegebiet auf bekannte Weise CMOS-Transistoren in p-Wannentechnik (ohne Figur)
realisieren. Durch den rückseitigen Masseanschluß und niederohmige Verbindung zur
Scheibenvorderseite sind Rückwirkungen auf die Bauelemente gering. Zusätzliche Maßnahmen
wie Guardringe, die bei einem entsprechenden Prozeß für vertikale High-Side-Transistoren
erforderlich sind, werden dann nicht mehr benötigt, was zu einer wesentlichen Erhöhung
der Packungsdichte und damit zu erheblichen Kostenvorteilen führt. Vorteilhafterweise
weisen durch diese Technologie hergestellte Bauelemente auch eine verbesserte Kühlung
über die Scheibenrückseite auf. Äquivalent lassen sich auch bipolare npn- oder pnp-Transistoren
auf diese einfache Weise,realisieren.
[0038] Nachfolgend wird ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäßen
vertikalen Halbleiterbauelemente entsprechend Figur 1 angegeben.
[0039] Ausgangsmaterial für die Realisierung der vertikalen erfindungsgemäßen MOSFETs ist
n
+-dotiertes Siliziumsubstrat. In dieses Siliziumsubstrat erfolgt eine Borimplantation
zur Erzeugung des Bodygebietes 4 und danach ein geeigneter Ausheilprozeß. Anschließend
wird auf dem Bodygebiet 4 das n-dotierte Draingebiet 2 epitaktisch aufgewachsen. Durch
die Wahl geeigneter Implantationsparameter ist es möglich, das Bodygebiet 4 in seiner
Ausdehnung bzw. Dotierung so zu gestalten, daß es als Kanalzone eines MOS-Transistors
einsetzbar ist. Das bedeutet, die Einsatzspannung bzw. die Kanallänge läßt sich durch
die Prozeßparameter bei der Ionenimplantation gezielt einstellen. Anschließend werden
die Kontaktregionen 2' im oberflächennahen Draingebiet 2 durch Ionenimplantation eingebracht.
Ein dickes Oxid wird aufgebracht und strukturiert, das als Maske für die anschließende
Trenchätzung dient. Mit Hilfe bekannter Prozeßschritte werden anschließend Trenches
6 von der Scheibenvorderseite 9 bis in das Sourcegebiet 3 geätzt. Eine Gateoxidation
wird durchgeführt und anschließend werden die Trenches 6 mit n
+-dotiertem Polysilizium aufgefüllt. Das Polysllizium wird strukturiert und überschüssiges
Polysilizium wird abgeätzt. BPSG wird auf der Scheibenvorderseite abgeschieden, strukturiert
und überschüssiges BPSG an den Kontaktregionen 2' der Draingebiete 2 wird abgeätzt.
Die. Draingebiete 2 an der Scheibenvorderseite 9 werden mit Aluminium kontaktiert.
Die Scheibenrückseite 10 wird großflächig mit Aluminium metallisiert. Der Kurzschluß
zwischen Bodygebiet 4 und Sourcegebiet 3 wird mit dem bereits beschriebenen Verfahren
realisiert.
1. Durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement, bestehend aus einem
Halbleiterkörper (1) mit
- mindestens einem Draingebiet (2) vom ersten Leitungstyp,
- mindestens einem Sourcegebiet (3) vom ersten Leitungstyp,
- mindestens einem Bodygebiet (4) zwischen Draingebieten (2) und Sourcegebieten (3)
vom zweiten Leitungstyp,
- mindestens einer Gateelektrode (5), die gegenüber dem gesamten Halbleiterkörper
(1) durch ein Gateoxid (7) isoliert ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Gateanschluß (G) und der Drainanschluß (D) auf der Scheibenvorderseite
(9) befinden, und daß sich der Sourceanschluß (S) an der Scheibenrückseite (10) befindet.
2. Durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß Trenches (6) vorgesehen sind, die die Gateelektroden (5) und das Gateoxid (7)
enthalten und die sich von der Scheibenvorderseite (9) bis in das Sourcegebiet (3)
hinein erstrecken.
3. Durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche
1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material der Gateelektroden (4) Polysilizium ist.
4. Durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche
1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gateoxid (7) im Bereich des Bodygebietes (4) und des. Sourcegebietes (3) wesentlich
dünner ist als im Bereich des Draingebietes (2).
5. Durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche
1 - 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gateoxid (7) thermisches Siliziumdioxid ist.
6. Durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche
1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Draingebieten (2) Kontaktgebiete (2') mit hoher Dotierungskonzentration
vom selben Leitungstyp eingebettet sind.
7. Durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktgebiete (2') ionenimplantiert sind.
8. Durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche
1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Vermeidung von Latch-Effekten die Bodygebiete (4) niederohmig an das Sourcegebiet
(3) angeschlossen sind.
9. Durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bodygebiete (4) über erste Anschlußbereiche (11) vom selben Leitungstyp mit
sehr hoher Dotierungskonzentration mit der Oberfläche der Scheibenvorderseite (9)
verbunden sind und die Anschlußbereiche (11) an der Scheibenoberfläche über einen
Bondkontaktdraht (14) mit dem Sourceanschluß (S) kurzgeschlossen ist.
10. Durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bodygebiete (4) und das Sourcegebiet (3) jeweils über erste beziehungsweise
zweite Anschlußbereiche (11, 12) vom jeweils selben Leitungstyp mit sehr hoher Dotierungskonzentration
mit der Oberfläche der Scheibenvorderseite (9) verbunden sind und die beiden Anschlußbereiche
(11, 12) über eine Anschlußmetallisierung (13) an der Scheibenoberfläche kurzgeschlossen
sind.
11. Durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bodygebiete (4) und das Sourcegebiet (3) durch weitere Gräben (14), die mit
leitfähigem Material aufgefüllt sind, kurzgeschlossen sind.
12. Durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche
1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch die Kombination mit einem gleichartigen durch Feldeffekt steuerbaren, vertikalen
Halbleiterbaueelement der bekannten Art monolithisch integrierbare Halbbrücken bestehend
aus einem Low-Side-Schalter und einem High-Side-Schalter relierbar sind.
13. Herstellungsverfahren für ein durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement
nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:
- in den Halbleiterkörper (1), der gleichzeitig die Sourcezone (3) bildet, erfolgt
eine Implantation mit Bor oder Aluminium zur Erzeugung des Bodygebietes (4) mit einem
anschließenden geeigneten Temperaturprozeß,
- auf dem Bodygebiet (4) wird das n-dotierte Draingebiet (2) epitaktisch aufgewachsen,
- durch Ionenimplantation werden die Kontaktregionen (2') in den oberflächennahen
Draingebieten (2) eingebracht,
- anschließend wird ein dickes Oxid aufgebracht und strukturiert, das als Maske für
die Trenchätzung dient,
- von der Scheibenvorderseite (9) werden Trenches (6) bis in die Tiefe des Sourcegebietes
(3) anisotrop geätzt,
- an die Wände der Trenches (6) wird thermisches Siliziumdioxid als Gateoxid (7) aufgewachsen,
- die Trenches (6) werden mit n+-dotiertem Polysilizium aufgefüllt und überschüssiges Polysilizium wird danach abgeätzt,
- ein Feldoxid (8) wird auf der Scheibenvorderseite abgeschieden und überschüssiges
Feldoxid (8) an den Kontaktregionen (2') der Drainzonen (2) wird abgeätzt,
- die Kontaktregionen (2') werden mit Aluminium kontaktiert,
- die Scheibenrückseite (10) wird großflächig mit Aluminium metallisiert.
14. Herstellungsverfahren für ein durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement
nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Feldoxid (8) BPSG verwendet wird.